Energy efficient positioning in wireless sensor networks

In recent years, with the increase of the demand for location-based services (LBS), such as enhanced- 911, improved fraud detection, location sensitive billing, intelligent transport systems and improved traffic management, positioning techniques have become one of the most important research fields in the context of Wireless Sensor Networks (WSN). A WSN is a set of small devices containing sensors connected each other with wireless links. These devices, called “nodes”, are used for sensing different types of measures in several scenarios and environments. Energy limitations and constraint are one of the main bottle-necks in the design of WSNs: conventional wireless sensor nodes rely on internal batteries, which suffer from a limited lifetime and the main objective is the extension of the battery lifetime by using energy conservation techniques. Position information is often one of the key requirements for a wireless sensor network. In fact many WSN applications are useless if no information about node locations is available. Due to drawbacks in using GPS or manually setting sensor positions, extracting the position information by means of the network itself has been extensively studied in the literature. In this field, it is commonly assumed that there are few sensor nodes with known positions, called reference nodes, and some type of measurements are taken between these nodes and the nodes to be localized. According to [16], about 13.3% of papers in the WSN area have been focused on tracking and positioning topics. The advantage of positioning in WSN is the capability to implement outdoor or indoor positioning systems (IPS). In this thesis, we will investigate the main factors that have an impact on energy consumption in positioning scenarios for WSNs.

Negli ultimi anni, con l'aumento della domanda di servizi basati sulla localizzazione, come le chiamate di emergenza avanzate (enhanced- 911), il rilevamento delle frodi, la fatturazione dipendente dalla posizione, i sistemi di trasporto intelligenti con la migliore gestione del traffico, le tecniche di posizionamento sono diventati uno dei temi di ricerca più importanti nell’ambito delle reti radio di sensori (Wireless Sensor Network o WSN). Una WSN è un insieme di dispositivi di piccole dimensioni contenenti sensori collegati tra loro in modalità radio. Questi dispositivi, chiamati “nodi", sono utilizzati per eseguire operazioni di misura in ambienti diversi. I vincoli energetici sono un collo di bottiglia per la progettazione di reti di sensori radio. I nodi / sensori radio si basano spesso su batterie interne, che soffrono di una durata limitata e l’obiettivo principale è il prolungamento della durata della batteria utilizzando tecniche di risparmio energetico. Le informazioni sulla posizione sono spesso uno dei requisiti fondamentali per il funzionamento di una rete di sensori radio. Infatti molte delle applicazioni WSN sono inutili se non sono disponibili informazioni sulle posizioni del nodo. A causa degli svantaggi del GPS o naturalmente di metodi manuali, estrarre l'informazione di posizione per mezzo della rete stessa è stato ampiamente studiato in letteratura. In questo approccio, si ritiene comunemente che ci siano alcuni nodi sensori con posizioni note, detti “nodi di riferimento” (reference nodes), e che questi nodi scambino qualche tipo di misura con i nodi invece da localizzare. Sulla base dei dati in [16], circa il 13,3% dei recenti articoli nel campo delle WSN sono stati concentrati sui temi di posizionamento. Uno dei vantaggi di un buon sistema di posizionamento è la capacità di lavorare all'aperto o al chiuso. In questa tesi, investigheremo i principali fattori che hanno un impatto nel consumo energetico della localizzazione nelle WSN.